高温高压高含硫气井井筒流动规律研究

论文摘要

在高温高压高含硫气井生产过程中,随着井筒流体温度、压力的不断降低,井筒内将会析出单质硫。生产制度的不同、气体流速的不同,将决定单质硫沉积在井筒中还是被带出井口。然而沉积在管壁的单质硫会对井下管柱造成严重的腐蚀,严重时会堵塞通道,最终导致气井停产。因此本文以高含硫气井为研究对象,从讨论酸性气体物性参数计算方法开始,基于质量、动量、能量守恒原理,引入井眼轨迹自然参数法,建立描述气井流动气柱压力、温度耦合模型,综合考虑井斜角、井身结构、油管柱结构、气井井筒的径向传热、不同环空传热介质及地层的热物理性质沿井深的变化,研究井筒中硫单质析出及沉积规律,以数据与图形相结合的方式形象地描述高含硫气井井筒流动规律。本文主要完成了如下几点内容：（1）收集整理酸性气体物性参数计算方法和非烃校正方法,优选出适用于高温高压下高含硫气体偏差系数计算方法,并推荐Hall-Varbongh偏差系数经验式用于酸性气体偏差系数的程序化计算。（2）基于质量、动量、能量守恒原理,建立了气-水、气-水-油多相井筒流动规律预测模型,结合井眼轨迹自然参数法,描述了不同井身结构、不同井眼轨迹的温度场和压力场,通过十八种参数描述了天然气气井的流体流动规律。（3）通过将气液两相热力学平衡模型和硫的溶解热力学模型相结合,分析研究硫析出规律,在气液井筒流动规律研究的基础上,建立气液固三相流井筒流动规律预测模型,研究硫析出后对井筒温度压力的影响,分析硫的析出对重力压降、摩阻压降、气体流速等参数的影响。（4）单质硫从气体中析出后,以固体硫颗粒存在气体中,在对硫颗粒在井筒流体中受力情况分析后得出单质硫沉积规律,导出了可以携带硫颗粒的临界气体流速计算式及预测硫沉积井深、沉积量的计算方法。（5）综合研究井筒流动规律,对生产中的各个参数做敏感性分析,讨论在不同生产制度下的流体物性参数随井筒深度的变化规律,重点分析了不同产气量和不同硫化氢浓度下井筒温度压力的变化、硫溶解度、硫析出位置、硫沉积量、硫沉积深度的变化,及硫析出后对井筒流动规律的影响。（6）用Delphi7开发工具,以Access 2003做为后台数据库,采用面向对象的程序设计技术,经验公式与实测数据相结合的方法,构建了高温高压高含硫气井井筒流动规律平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本文研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 本文研究创新点
• 第2章 酸性气体物性参数计算
• 2.1 天然气的拟临界参数
• 2.1.1 已知相对密度计算拟临界参数
• 2.1.2 酸性天然气拟临界参数校正
• 2.2 天然气的偏差系数
• 2.2.1 Gopal方法
• 2.2.2 Granmer方法
• 2.2.3 Hall-Yarbongh方法
• 2.2.4 Dranchuk-Purvis-Robinson方法
• 2.2.5 Dranchuk-Abu-Kassem方法
• 2.2.6 Hankinson-Thomas-Phillips方法
• 2.2.7 Sarem方法
• 2.2.8 Beggs&Brill（BB）方法
• 2.2.9 偏差系数计算模型对比分析
• 2.3 天然气的粘度
• 2.3.1 Lee-Gonzalez-Eakin（LGE）方法
• 2.3.2 Lohrenz-Bray-Clark（LBC）法
• 2.3.3 Dempsey方法
• 2.3.4 Chung方法
• 2.3.5 粘度非烃校正模型
• 第3章 井筒温度压力耦合预测模型
• 3.1 假设条件
• 3.2 气液多相流温度压力预测模型
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 压力预测模型
• 3.2.3 相关参数计算
• 3.2.4 温度预测模型
• 3.2.5 温度初值计算
• 3.2.6 相关热参数的计算
• 3.2.7 井眼轨迹参数计算
• 3.2.8 井筒压力温度计算程序流程
• 3.3 气、水、固三相流动模型
• 3.3.1 气、液、固三相流动井筒压力分布预测模型
• 3.3.2 温度分布预测模型
• 3.3.3 温度压力计算程序流程
• 3.4 考虑相态变化的油气水三相管流计算模型
• 3.4.1 建立相态方程
• 3.4.2 油气体系相态计算热力学平衡方程组
• 3.4.3 考虑相态变化的管流Hagedorn&Brown模型
• 第4章 含硫天然气井筒中硫沉积分析
• 4.1 井筒中硫元素的来源
• 4.2 元素硫的物理化学性质
• 4.3 井筒中硫沉积规律
• 4.3.1. 沉积机理
• 4.3.2 井筒中硫颗粒运移特征
• 4.3.3 井筒中硫微粒临界悬浮流速
• 4.3.4 不规则颗粒群悬浮速度
• 4.3.5 井筒内壁硫颗粒分离条件
• 4.4 井筒中硫沉积预测模型
• 4.4.1 硫在井筒中的溶解度预测模型
• 4.4.2 硫在井筒中沉积位置预测
• 4.4.3 硫在井筒中沉积量计算
• 第5章 实例预测分析
• 5.1 井眼轨迹
• 5.2 酸性气体物性参数的计算
• 5.3 酸性气体物性参数的计算结果图
• 5.4 硫析出位置及沉积规律计算
• 5.5 敏感性分析
• 5.6 定向井实例计算
• 5.7 计算结果对比
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果